浅谈直膨式蒸发式冷凝空调系统在地铁车站中的应用

安 睿

（合肥市轨道交通集团有限公司，安徽 合肥 230000）

近年来，城市轨道交通凭借快速便捷、安全运量大和运输效率高等特性已成为大中型城市公共交通的重要组成部分。地铁地下车站作为一类特殊的地下建筑，其客流量大，运行设备多，为了保证其内部具有较好的空气环境以满足人员生理和心理需求及设备正常运行所需的条件，需要通过空调系统来实现对地铁地下车站公共区及设备管理用房区域的空气环境质量进行改善，而空调冷源在整个空调系统中起着举足轻重的作用。目前地铁车站空调制冷系统通常采用传统冷水机组+冷却塔形式作为车站空调冷源，然而由于地铁线路所经过区域多为市区繁华路段，冷却塔的设置通常受环评、征地、拆迁、城市景观等较多因素制约。为了解决此类问题，地铁建设单位和设计单位已开始试点应用新的空调冷源形式——直膨式蒸发冷凝空调系统来取代地面冷却塔。直膨式蒸发冷凝空调系统作为一种高效节能的组合设备，其用蒸发冷凝器模块（蒸发冷凝技术）替代传统冷却塔对空调冷凝器进行散热，克服地面设置冷却塔带来的不良影响，并采用直膨蒸发空气处理设备（直膨技术）代替传统空气处理设备，冷媒直接进入空调末端进行热交换，节能效果良好，可以有效提高制冷系统综合能效。基于此，本文通过对直膨式蒸发冷凝空调系统进行研究分析，与传统冷水机组+冷却塔系统对比，探究直膨式蒸发冷凝空调系统在地铁车站中应用中对土建规模，投资，运营管理等方面的影响，为地铁车站应用直膨式蒸发冷凝空调系统提供参考[1]。

1 技术原理

蒸发冷凝是利用流体沸腾时的汽化潜热带走热量的一种冷凝方式，充分利用水的汽化潜热冷却高温冷媒。与传统冷水机组相比蒸发冷凝机组无冷却水环节，减少了冷却水泵和冷却水系统的设置，省去中间换热环节，减少了能耗。设备运行时，水泵将冷却水提升至冷凝管组喷嘴处，冷却水由喷嘴喷出，并均匀覆着在冷凝排管外形成水膜，同时启动风机，对冷凝排管进行强化换热，空气高速掠过冷凝排管，促使排管外水膜加速蒸发，冷却降温，高温汽态制冷剂进入冷凝排管内被冷却降温成液态制冷剂流出，同时冷凝排管外的水膜一部分吸热蒸发，另一部分下落在集水盘内，供水泵循环使用。

直膨式蒸发冷凝空调系统中直膨式空调机组本身自带压缩机，因其制冷系统中液态制冷剂在其蒸发器盘管内直接蒸发（膨胀）实现对盘管外的空气（也就是空调室内侧空气）吸热而制冷。直膨式技术省掉了室内冷水机组、冷冻水泵、冷却水泵及冷冻水管路[2]。

直膨式蒸发冷凝机组系统由两部分组成：“蒸发冷凝式直膨散热机组（室外机）”和“直膨式空气处理机组（室内机）”。“直膨式空气处理机组”由进风段、空气净化段、压缩蒸发段、风机段、消声段、出风段等功能组成，其中压缩机可单独安装。制冷剂在“蒸发冷凝式直膨散热机组”完成换热后，通过制冷剂铜管传输至“直膨式空气处理机组”内供冷，该制冷系统具有系统简单，高效，稳定，可靠等优点。

2 设备布置方案

目前，国内直膨式蒸发式冷凝器布置形式有风道布置、机房布置两种布置方式。

2.1 风道型直膨式蒸发冷凝空调系统

在土建条件良好，排风道面积足够，蒸发冷凝器装置可完全布置在排风道内，车站大小端分别设置；风道型蒸发冷凝器装置工作时，利用排热风机的排风对其装置内的蒸发式冷凝器进行降温冷却[3]。

2.2 机房型直膨式蒸发冷凝空调系统

通过在车站左右端新排风道之间分别设置蒸发冷凝机房，将直膨式蒸发冷机组设置于蒸发冷凝机房内，通过在机房与新风道，排风道的隔墙上设置风阀，依靠直膨式蒸发冷机组自带风机从新风道抽风，经蒸发冷机组后向排风道排风，完成蒸发冷却过程[4]。

3 对比分析研究

本文以一个建筑面积12885m2的地下标准车站为例，分别分析传统冷水机组空调系统和蒸发冷凝直膨空调系统对土建的影响、投资、运行费用、优缺点等。

3.1 对车站土建影响对比（见表1）

表1 对车站土建影响对比表

3.2 投资对比（见表2）

表2 制冷空调系统估算表（万元）

结论：传统冷水空调系统＜风道型蒸发冷凝直膨空调系统＜机房式蒸发冷凝直膨空调系统

3.3 运行费用对比（见表3）

表3 运行费用对比

结论：传统冷水空调系统＞机房型直膨蒸发冷凝空调系统＞风道型直膨蒸发冷凝空调系统

3.4 直膨式蒸发冷凝空调系统优缺点分析

蒸发冷凝直膨式空调系统占用机房面积小；提高蒸发温度，减少换热环节，换热效率大大提高；节水节电，能效比高，运营费用低；避免热湿空气降低消声器的寿命；避免由于泄水不利导致的冻管。最大的优势是能够解决传统冷水机组地面设置冷却塔带来的征地、拆迁、环评及城市景观等问题[5]。

风道型蒸发冷凝直膨空调系统是利用地下车站排热风机的排风降温冷却，排热风机排风来自于地下隧道，空气质量差，粉尘浓度较高，易造成冷凝器的结垢，清洗维护频率较高。

为减少冷凝器结垢问题，结合调研国内轨道交通地下车站使用蒸发冷凝直膨空调系统的城市经验教训，机房型蒸发冷凝直膨式空调系统，即在新排风道之间设置机房，利用引入新风对蒸发冷凝装置进行降温冷却，通过优化机组布置方式，保证了冷凝器换热环境的空气质量，并通过增加水处理器和在线清洗装置，解决冷凝器表面结垢，有利于延长直膨式蒸发冷凝空调机组的使用寿命[6-7]。

4 结语

蒸发式冷凝空调机组具有系统能效高、结构紧凑，控制便捷等优点，可以较好的解决地上冷却塔设置引起的征地拆迁困难、噪声、飘水、以及城市景观等问题，有效减小了地铁建设过程中的实施难度，有效规避了设置地上冷却塔可能产生的社会稳定风险。